Vickers sertlik testi

Bir Vickers sertlik ölçüm cihazı

Vickers sertlik testi, malzemelerin sertliğini ölçmek için Brinell yöntemine alternatif olarak 1921'de Robert L. Smith ve Vickers Ltd'deki George E. Sandland tarafından geliştirilmiştir. Vickers testinin kullanımı genellikle diğer sertlik testlerinden daha kolaydır, çünkü gerekli hesaplamalar girintinin boyutundan bağımsızdır ve girici sertlikten bağımsız olarak tüm malzemeler için kullanılabilir. Temel prensip, tüm yaygın sertlik ölçümlerinde olduğu gibi, bir malzemenin plastik deformasyona standart bir kaynaktan dayanma yeteneğini gözlemlemektir. Vickers testi tüm metaller için kullanılabilir ve sertlik testleri arasında en geniş ölçeklerden birine sahiptir. Test tarafından verilen sertlik birimi, Vickers Piramit Numarası (HV) veya Elmas Piramit Sertliği (DPH) olarak bilinir. Sertlik sayısı paskal birimlerine dönüştürülebilir, ancak aynı birimleri kullanan basınçla karıştırılmamalıdır. Sertlik sayısı, kuvvetin normal alanı değil, girintinin yüzey alanı üzerindeki yük tarafından belirlenir ve bu nedenle basınç değildir.

Uygulama

İndenter şeklin, boyutuna bakılmaksızın geometrik olarak benzer gösterimler üretebilmesi gerektiğine karar verilmiştir; izlenimin iyi tanımlanmış ölçüm noktalarına sahip olması gerekir; ve girintinin kendini deformasyona karşı yüksek direnci olmalıdır. Kare tabanlı bir piramit şeklindeki bir elmas bu koşulları karşıladı. Bir Brinell izleniminin ideal boyutunun top çapının  ³⁄₈ olduğu tespit edilmiştir. Bir akorun 3d/8 ucunun uçlarındaki daireye iki teğet 136° 'de kesiştiği için, bunu girintili ucun düzlem yüzleri arasındaki dahil edilen açı olarak kullanmaya karar verildi. Bu, her bir yüzden normal olana ve her iki tarafta 22° normal olan yatay düzleme bir açı verir. Açı deneysel olarak değiştirildi ve homojen bir malzeme parçası üzerinde elde edilen sertlik değerinin yüke bakılmaksızın sabit kaldığı bulundu. Buna göre, ölçülecek malzemenin sertliğine bağlı olarak düz bir yüzeye çeşitli büyüklüklerde yükler uygulanır. HV numarası daha sonra F/A' oranı ile belirlenir, burada F, elmasa kilogram-kuvvet olarak uygulanan kuvvettir ve A, meydana gelen girintinin kare milimetre cinsinden yüzey alanıdır. A formül ile belirlenebilir.

$A={\frac {d^{2}}{2\sin(136^{\circ }/2)}},$

verilecek sinüs terimini değerlendirerek tahmin edilebilir,

$A\approx {\frac {d^{2}}{1.8544}},$

burada d, girintinin solda olduğu diyagonalin milimetre cinsinden ortalama uzunluğudur. Bu nedenle,

$HV={\frac {F}{A}}\approx {\frac {1.8544F}{d^{2}}}\quad [{\textrm {kgf/mm}}^{2}]$,

burada F kgf cinsindendir ve d milimetre cinsindendir.

Karşılık gelen YG birimleri daha sonra milimetre kare başına kilogram kuvvettir (kgf/mm²). Yukarıdaki denklemde "F", N ve "d", mm cinsinden olabilir ve MPa biriminde HV verir. SI birimleri kullanarak Vickers sertlik sayısını (VHN) hesaplamak için, 9.806 65'e (standart yerçekimi) bölünerek Newton'dan uygulanan kuvveti kilogram kuvvetine dönüştürmek gerekir. Bu aşağıdaki denkleme yol açar:

$HV\approx {0.1891}{\frac {F}{d^{2}}}\quad [{\textrm {N/mm}}^{2}],$

burada F N'dir ve d milimetre cinsindendir. Yaygın bir hata, HV numarasını hesaplamak için yukarıdaki formülün, milimetre kare başına Newton birimi (N/mm²) ile bir sayı ile sonuçlanmaması, ancak doğrudan Vickers sertlik numarasıyla (genellikle birimler olmadan verilir) sonuçlanmasıdır. gerçek milimetre kare başına kilogram-kuvvet (kgf/mm²).

Vickers sertlik sayıları xxxHVyy, ör. 440HV30 veya kuvvet süresi 10 sn ile 15 sn arasında değişiyorsa, xxxHVyy / zz, ör. 440HV30/20, burada:

• 440 sertlik sayısıdır,
• HV sertlik ölçeğini verir (Vickers),
• 30, kgf olarak kullanılan yükü gösterir.
• 20, 10 saniyeden 15 saniyeye kadar farklıysa yükleme süresini gösterir.

Vickers sertlik sayısını SI birimlerine dönüştürmek için milimetre kare başına kilogram-kuvvet (kgf/mm²) sertlik sayısının, MPa (N/mm²) cinsinden sertliği elde etmek için standart yerçekimi (9.806 65) ile çarpılması gerekir ve ayrıca GPa'daki sertliği elde etmek için 1000'e bölünür. Vickers sertliği, yüzey alanından ziyade girintinin yansıtılan alanına dayalı olarak bir SI sertliğine de dönüştürülebilir. Yansıtılan alan, $A_{p}$, bir Vickers girinti geometrisi için aşağıdaki gibi tanımlanır.

$A_{p}={\frac {d_{avg}^{2}}{2}}$

Bu sertlik bazen ortalama temas alanı olarak adlandırılır ve ideal olarak, öngörülen alan kullanılarak da tanımlanan diğer sertlik testleriyle doğrudan karşılaştırılabilir.

Vickers değerleri genellikle test kuvvetinden bağımsızdır: kuvvet en az 200 gf olduğu sürece 500 gf ve 50 kgf için aynı olacaktır. Bununla birlikte, düşük yük girintileri genellikle girinti boyutu etkisi (ISE) olarak bilinen girinti derinliğine sertlik bağımlılığı gösterir.

İnce numuneler için girinti derinliği, alt tabaka etkileri nedeniyle bir sorun olabilir. Genel bir kural olarak, numune kalınlığı girinti çapının 2,5 katından daha fazla tutulmalıdır. Alternatif olarak girinti derinliği $t$, aşağıdakilere göre hesaplanabilir:

$t={\frac {d_{avg}}{2{\sqrt {2}}\tan {\frac {\theta }{2}}}}\approx {\frac {d_{avg}}{7.0006}},$

Çeşitli malzemeler için HV değerleri örnekleri

Malzeme	değer
316L paslanmaz çelik	140HV30
347L paslanmaz çelik	180HV30
Karbon çelik	55–120HV5
Demir	30–80HV5
Martensit	1000HV
Elmas	10000HV

Önlemler

Sertlik testleri yapılırken, girintiler arasındaki minimum mesafe ile girintiden numunenin kenarına olan mesafe, iş sertleştirilmiş bölgeler arasındaki etkileşimi ve kenarın etkilerini önlemek için dikkate alınmalıdır. Bu minimum mesafeler ISO 6507-1 ve ASTM E384 standartları için farklıdır.

Uygulama

Convair 580 uçağındaki kanatçık tutturma pimleri ve manşonları, uçak üreticisi tarafından 390HV5 olan Vickers Sertlik spesifikasyonuna, yani 5 kilopond anlamına gelen '5' sertleştirilecek şekilde belirtilmiştir. Bununla birlikte, Partnair Flight 394 ile uçan uçakta, pimlerin daha sonra standart aşınan parçalarla değiştirildiği tespit edildi, bu da hızlı aşınmaya ve sonunda uçağın kaybına yol açtı. Muayenede, kaza araştırmacıları alt standart pimlerin sertlik değerinin sadece 200-230HV5 olduğunu bulmuştur.